铝耐受性促生长根际细菌通过调控微生物群落和激素代谢缓解茶树铝胁迫的机制研究

本研究针对酸性土壤中铝毒抑制植物生长的难题，以茶树(Camellia sinensis)为模型，通过16S rRNA测序和菌株分离鉴定技术，发现铝处理显著富集伯克霍尔德菌属(Burkholderia)，并从茶树根际分离出53株细菌。其中21株具有ACC脱氨酶、溶磷、产铁载体和IAA合成等促生长特性，菌株Sinomonas gamaensis(ASG)耐受6 mmol·L-1铝浓度，Bacillus NVLP_s(FNVLP)产生87.83 mg·L-1 IAA。接种实验证实这些菌株能促进水稻和茶树根系发育，显著缓解铝胁迫，为开发茶树专用生物肥料奠定基础。

　　

在酸性土壤普遍存在的铝毒问题长期困扰农业生产，铝离子(Al³⁺)会抑制大多数作物根系发育，导致减产。然而有趣的是，作为重要经济作物的茶树(Camellia sinensis)却表现出独特的"铝偏好"现象——适量铝反而促进其生长。这种特殊现象背后隐藏着什么生物学奥秘？是否与茶树根际特殊的微生物群落有关？这些问题一直缺乏系统研究。

安徽农业大学的研究团队在《Horticultural Plant Journal》发表的研究给出了答案。研究人员通过16S rRNA高通量测序、菌株分离培养和植物-微生物互作实验，首次揭示了铝处理如何重塑茶树根际微生物群落，并鉴定出多株兼具铝耐受和促生长特性的根际细菌。这些发现为理解茶树铝耐受机制提供了新视角，也为开发茶树专用生物肥料提供了菌种资源。

研究采用的主要技术包括：16S rRNA基因测序分析根际微生物群落结构；使用8种培养基从茶树根际分离纯化细菌；测定菌株的ACC脱氨酶活性、溶磷能力、铁载体和IAA产量等促生长特性；通过液体和固体培养基评估菌株铝耐受性；采用水培和盆栽实验验证菌株对水稻和茶树生长的促进作用。实验材料来自安徽农业大学实验茶场的5年生'舒茶早'品种茶树。

研究结果部分：

1. 多样性分析显示铝处理显著降低根际土壤pH(从5.09降至4.91)，交换性铝含量从66.10增至180.03 mg·kg^-1。PCoA分析表明铝处理显著改变微生物群落结构，富集了伯克霍尔德菌目(Burkholderiales)和伯克霍尔德菌属(Burkholderia)。

2. 从根际分离的53株细菌中，21株具有4种促生长能力。FNVLP菌株的IAA产量最高(87.83 mg·L^-1)，51株可耐受≥1 mmol·L^-1铝，ASG耐受性最强(6 mmol·L^-1)。

3. 植物互作实验表明，ASG使水稻根生物量增加75%，与FNVLP、PPH(Paraburkholderia hospita)及其组合均可显著缓解50 μmol·L^-1铝胁迫，ASG处理使水稻根铝积累减少44.2%。

4. 接种PPH显著促进茶树扦插苗生长，增加侧根数量和长度。微生物组分析显示PPH处理降低了根际菌群多样性，但显著富集Burkholderia-Caballeronia-Paraburkholderia类群，并上调碳水化合物代谢和激素合成相关通路。

这项研究首次系统阐明了铝处理如何通过改变茶树根际微生物群落来促进植物生长。发现的铝耐受促生长菌株，特别是ASG、FNVLP和PPH，不仅具有直接促进植物生长的能力，还能通过调控根际微生物组间接影响宿主植物。这些菌株在缓解铝毒害、促进侧根发育方面的显著效果，为开发茶树专用生物肥料提供了优质候选菌种。研究提出的"铝-微生物-植物"互作模型，为理解植物适应酸性土壤的机制提供了新思路，对改善茶园土壤管理和可持续生产具有重要实践价值。特别值得注意的是，这些菌株对水稻等作物的促生效果表明其可能具有更广泛的农业应用前景，为应对全球酸性土壤障碍提供了潜在的微生物解决方案。